第十三章代谢的调节控制.ppt

生物化学（第三版）生物化学（第三版）主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清参编参编 刘文彬刘文彬 李永红李永红 姚舜姚舜生物化学生物化学现在学习的是第1页，共87页第十三章第十三章 代谢的调节控制代谢的调节控制现在学习的是第2页，共87页一、激素的定义一、激素的定义激素是生物体内特殊组织或腺体产生的对激素是生物体内特殊组织或腺体产生的对某些靶细胞具有刺激作用，从而引起特殊某些靶细胞具有刺激作用，从而引起特殊的激动效应的一群微量的有机化合物，的激动效应的一群微量的有机化合物，“化学迅息化学迅息”；激素在机体的代谢过程或生理过程起调控激素在机体的代谢过程或生理过程起调控作用。作用。现在学习的是第3页，共87页二、激素的特点二、激素的特点含量少；在生物体某特定组织细胞产生含量少；在生物体某特定组织细胞产生通过体液的运动被输送到其他组织中发挥通过体液的运动被输送到其他组织中发挥作用；作用；作用很大，效率高，在新陈代谢中起调节作用很大，效率高，在新陈代谢中起调节控制作用。控制作用。在医疗上，激素也是一类重要药物。在医疗上，激素也是一类重要药物。现在学习的是第4页，共87页三、激素的分类三、激素的分类在生物激素中，动物激素最为重要。植物在生物激素中，动物激素最为重要。植物激素主要为植物生长调节剂。激素主要为植物生长调节剂。根据激素的化学结构和调控功能，一般可根据激素的化学结构和调控功能，一般可以分为三类：以分为三类：含氮激素含氮激素：包括蛋白质激素、多肽激素、氨基：包括蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。酸衍生物激素等。类固醇激素类固醇激素：性腺和肾上腺皮质分泌的激素大：性腺和肾上腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素。多数是类固醇激素。脂肪酸衍生物激素脂肪酸衍生物激素：主要由生殖系统及其它组：主要由生殖系统及其它组织分泌产生。织分泌产生。现在学习的是第5页，共87页（一）含氮激素1、氨基酸衍生物激素氨基酸衍生物激素（1）甲状腺激素）甲状腺激素甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的三碘甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性约为甲状腺素甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性约为甲状腺素的的510倍。二者的结构如下：倍。二者的结构如下：现在学习的是第6页，共87页 天然的甲状腺素是酪氨酸的衍生物，均为天然的甲状腺素是酪氨酸的衍生物，均为L-构型。构型。甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内将体内70-80%的碘富集在其中。的碘富集在其中。现在学习的是第7页，共87页甲状腺激素生理功能甲状腺激素生理功能在甲状腺素的合成中，碘化过程并不是发在甲状腺素的合成中，碘化过程并不是发生在游离的酪氨酸上，而是甲状腺球蛋白生在游离的酪氨酸上，而是甲状腺球蛋白分子中的酪氨酸残基发生碘化反应。分子中的酪氨酸残基发生碘化反应。主要是促进糖、脂及蛋白质的代谢；促进主要是促进糖、脂及蛋白质的代谢；促进机体的生长发育和组织分化；对中枢神经机体的生长发育和组织分化；对中枢神经系统、循环系统、造血过程、肌肉活动及系统、循环系统、造血过程、肌肉活动及智力和体质的发育等均有显著作用。智力和体质的发育等均有显著作用。现在学习的是第8页，共87页 幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时，将幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时，将引起发育迟缓，身材矮小，行动呆笨而缓慢；引起发育迟缓，身材矮小，行动呆笨而缓慢；成年动物甲状腺机能减退时，出现厚皮病，心博减成年动物甲状腺机能减退时，出现厚皮病，心博减慢，基础代谢降低，性机能低下。慢，基础代谢降低，性机能低下。反之，甲状腺机能亢进，动物眼球突出，心跳加反之，甲状腺机能亢进，动物眼球突出，心跳加快，基础代谢增高，消瘦，神经系统兴奋性提高，快，基础代谢增高，消瘦，神经系统兴奋性提高，表现为神经过敏等。表现为神经过敏等。现在学习的是第9页，共87页(2)肾上腺素肾上腺分为髓质和皮质两部分。髓质分泌肾上腺分为髓质和皮质两部分。髓质分泌肾上腺素和少量去甲肾上腺素。去甲肾上肾上腺素和少量去甲肾上腺素。去甲肾上腺素主要由交感神经末梢分泌。他们也是腺素主要由交感神经末梢分泌。他们也是酪氨酸的衍生物，为酪氨酸的衍生物，为R-构型。构型。现在学习的是第10页，共87页肾上腺素的生理功能肾上腺素的生理功能肾上腺素具有与交感神经兴奋相似的作用，肾上腺素具有与交感神经兴奋相似的作用，使血管收缩，心脏活动加强，血压升高，使血管收缩，心脏活动加强，血压升高，临床上被用来作为升压药物，起抗休克作临床上被用来作为升压药物，起抗休克作用。用。肾上腺素主要是调节糖代谢肾上腺素主要是调节糖代谢,它能够促进肝它能够促进肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量。乳酸含量。现在学习的是第11页，共87页麻黄素和伪麻黄素麻黄素和伪麻黄素麻黄素含有二个手性碳原子，其构型为麻黄素含有二个手性碳原子，其构型为1R2S,1R2S,与与R-R-构构型肾上腺素相似，具有较高的生理活性。伪麻黄素的型肾上腺素相似，具有较高的生理活性。伪麻黄素的构型为构型为1S2S,1S2S,其生理作用则有明显的差异。其生理作用则有明显的差异。现在学习的是第12页，共87页2 2、多肽及蛋白质激素、多肽及蛋白质激素由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、胃由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽或肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽或蛋白质激素。这些激素具有各种各样的功蛋白质激素。这些激素具有各种各样的功能。能。现在学习的是第13页，共87页（1）脑垂体激素）脑垂体激素脑垂体在神经系统的控制下，起调节体内脑垂体在神经系统的控制下，起调节体内各种内分泌腺作用。垂体可分为前叶、中各种内分泌腺作用。垂体可分为前叶、中叶和后叶三个部分。脑垂体分泌的激素共叶和后叶三个部分。脑垂体分泌的激素共有有1010多种。多种。垂体前叶和中叶能够合成激素，后叶只能垂体前叶和中叶能够合成激素，后叶只能存储和分泌激素。后叶所分泌的激素由下存储和分泌激素。后叶所分泌的激素由下丘脑合成。丘脑合成。现在学习的是第14页，共87页（2）下丘脑激素）下丘脑激素下丘脑所分泌的激素主要包括一些释放激下丘脑所分泌的激素主要包括一些释放激素（或释放因子）和释放抑制激素素（或释放因子）和释放抑制激素。下丘脑激素经垂体门静脉到达脑垂体，并作下丘脑激素经垂体门静脉到达脑垂体，并作用于垂体细胞，起调控作用。用于垂体细胞，起调控作用。现在学习的是第15页，共87页 促甲状腺素释放激素（促甲状腺素释放激素（TRHTRH）促肾上腺皮质激素释放激素（促肾上腺皮质激素释放激素（CRHCRH）促卵泡素释放激素（促卵泡素释放激素（FRHFRH）促黄体生成素释放激素（促黄体生成素释放激素（LRHLRH）生生长长素素释释放放激激素素（GRHGRH），生生长长素素释释放放抑抑制制激激素素（GRIHGRIH）促黑色细胞激素释放激素（促黑色细胞激素释放激素（MRHMRH）促黑色细胞激素抑制释放激素（促黑色细胞激素抑制释放激素（MRIHMRIH）催催 乳乳 素素 释释 放放 激激 素素（PRHPRH），催催 乳乳 素素 释释 放放 抑抑 制制 激激 素素（PRIHPRIH）现在学习的是第16页，共87页3、胰岛激素、胰岛激素胰岛是胰脏的内分泌组织。人的胰岛主要胰岛是胰脏的内分泌组织。人的胰岛主要由由、和和 三种细胞组成。三种细胞组成。-细胞分泌细胞分泌胰高血糖素，胰高血糖素，-细胞分泌胰岛素。细胞分泌胰岛素。现在学习的是第17页，共87页（1）胰岛素）胰岛素胰胰岛岛素素是是由由胰胰腺腺中中胰胰岛岛的的-细细胞胞分分泌泌的的一一种种含含有有5151个氨基酸残基的蛋白质激素。个氨基酸残基的蛋白质激素。胰胰岛岛素素由由两两条条多多肽肽链链组组成成胰胰岛岛素素的的生生理理功功能能主主要要是是促促进进细细胞胞摄摄取取葡葡萄萄糖糖；促促进进肝肝糖糖原原和和肌肌糖糖原原的的合成；抑制肝糖原的分解。合成；抑制肝糖原的分解。胰胰岛岛素素具具有有抑抑制制细细胞胞内内腺腺苷苷酸酸环环化化酶酶活活性性作作用用，使使cAMPcAMP产产生生显显著著减减少少，导导致致糖糖原原分分解解速速度度减减慢慢。胰胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反。岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反。现在学习的是第18页，共87页（2 2）胰高血糖素）胰高血糖素胰胰高高血血糖糖素素为为胰胰岛岛的的-细细胞胞分分泌泌的的多多肽肽激激素素，由由29个个氨氨基基酸酸组组成成，人人和和猪猪的的胰胰高高血血糖糖素素的的氨氨基基酸酸序序列列完完全全一样，其结构如下：一样，其结构如下：His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asp-Thr胰胰高高血血糖糖素素主主要要是是促促进进肝肝糖糖原原分分解解，使使血血糖糖升升高高，与与肾肾上上腺腺素素作作用用相相似似。其其作作用用原原理理是是激激活活肝肝细细胞胞中中的的腺腺苷苷酸酸环环化化酶酶，使使cAMP浓浓度度升升高高，从从而而提提高高磷磷酸酸化酶活性，促进肝糖原分解。化酶活性，促进肝糖原分解。现在学习的是第19页，共87页4 4、甲状旁腺激素、甲状旁腺激素甲甲状状旁旁腺腺主主要要分分泌泌甲甲状状旁旁腺腺素素（PTHPTH）和和降降钙素（钙素（CTCT），它们都是多肽激素。），它们都是多肽激素。二二者者的的生生理理作作用用相相反反，PTHPTH可可以以升升高高血血钙钙，而而CTCT则则可可以以降降低低血血钙钙，因因此此都都是是调调节节钙钙磷磷代谢的激素。代谢的激素。现在学习的是第20页，共87页（二）类固醇激素（二）类固醇激素类固醇激素是一类脂溶性激素，它们在结构类固醇激素是一类脂溶性激素，它们在结构上都是环戊烷多氢菲衍生物。上都是环戊烷多氢菲衍生物。脊椎动物的类固醇激素可分为肾上腺皮质激脊椎动物的类固醇激素可分为肾上腺皮质激素和性激素两类。素和性激素两类。现在学习的是第21页，共87页1 1、肾上腺皮质激素、肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素由肾上腺皮质分泌产生。肾上腺皮质激素由肾上腺皮质分泌产生。目前从肾上腺皮质提取液中分离的类固醇目前从肾上腺皮质提取液中分离的类固醇化合物有化合物有3030余种。余种。肾上腺皮质激素分泌失常，将引起糖代谢及肾上腺皮质激素分泌失常，将引起糖代谢及无机盐代谢紊乱而出现病症。无机盐代谢紊乱而出现病症。现在学习的是第22页，共87页功能功能糖皮质激素糖皮质激素调节糖代谢：抑制糖的氧化，使血糖升高；调节糖代谢：抑制糖的氧化，使血糖升高；促进蛋白质转化为糖。具有这种功能的包促进蛋白质转化为糖。具有这种功能的包括皮质酮、括皮质酮、11-11-脱氢皮质酮、脱氢皮质酮、17-17-羟皮质酮羟皮质酮（氢化可的松）和（氢化可的松）和17-17-羟羟-11-11-脱氢皮质酮脱氢皮质酮（可的松）。这类激素还具有良好的抗炎，（可的松）。这类激素还具有良好的抗炎，抗过敏作用，是常用的激素药物。抗过敏作用，是常用的激素药物。现在学习的是第23页，共87页盐皮质激素盐皮质激素调节水盐代谢：促使体内保留钠离子及排调节水盐代谢：促使体内保留钠离子及排出过多的钾离子，调节水盐代谢。这类激出过多的钾离子，调节水盐代谢。这类激素包括素包括11-11-脱氧皮质酮、脱氧皮质酮、17-17-羟羟-11-11-脱氧皮脱氧皮质酮和醛皮质酮。其中醛皮质酮对水盐代质酮和醛皮质酮。其中醛皮质酮对水盐代谢的调节作用比脱氧皮质酮大谢的调节作用比脱氧皮质酮大30-12030-120倍。倍。现在学习的是第24页，共87页2、性激素、性激素 性激素属于类固醇类激素，可分为雄性激性激素属于类固醇类激素，可分为雄性激素和雌性激素两类。它们与动物的性别及素和雌性激素两类。它们与动物的性别及第二性征的发育有关。第二性征的发育有关。性激素的分泌受垂体的促性腺激素（性激素的分泌受垂体的促性腺激素（LHF LHF 和和 SHSH）调节。）调节。现在学习的是第25页，共87页（四）脂肪酸衍生物激素（四）脂肪酸衍生物激素1 1、前列腺素、前列腺素前前列列腺腺素素（简简称称PGPG）是是一一类类具具有有生生理理活活性性物物质质的的总总称称，现现在在已已发发现现有有几几十十种种。这这类类激素广泛存在于生殖系统和其它组织中。激素广泛存在于生殖系统和其它组织中。前前列列腺腺素素的的基基本本结结构构为为含含有有一一个个环环戊戊烷烷及及两两个个脂脂肪肪侧侧链链的的二二十十碳碳脂脂肪肪酸酸。其其中中主主要要有有E E、F F、A A、B B等四类。等四类。现在学习的是第26页，共87页 E E型型：C-9C-9为为酮酮基基、C-11C-11含含有有羟羟基基。F F型型：C-9C-9和和C-11C-11均均含含有有羟羟基基。A A型型：C-9C-9为为酮酮基基、C-10C-10和和C-11C-11之之间间有有双双键键。B B型型：C-9C-9为酮基，为酮基，C-8C-8和和C-12C-12之间有双键。之间有双键。所所有有的的前前列列腺腺素素在在侧侧链链的的C-13C-13和和C-14C-14之之间间有有双双键键，C-15C-15含含有有一个羟基。一个羟基。现在学习的是第27页，共87页功能功能不同结构的前列腺素，其功能也不相同，说明前列腺不同结构的前列腺素，其功能也不相同，说明前列腺素具有复杂的生理功能。素具有复杂的生理功能。已经证明，前列腺素对生殖、心血管、呼吸、消化和已经证明，前列腺素对生殖、心血管、呼吸、消化和神经系统等都有显著影响作用。神经系统等都有显著影响作用。例如，能使子宫及输卵管收缩，使血管扩张或例如，能使子宫及输卵管收缩，使血管扩张或收缩，可抑制胃酸分泌等。收缩，可抑制胃酸分泌等。人体前列腺素的产生和分泌异常是导致许多疾病的重人体前列腺素的产生和分泌异常是导致许多疾病的重要原因。要原因。现在学习的是第28页，共87页原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控现在学习的是第29页，共87页一、基因表达一、基因表达（gene expression）DNA RNA 蛋白质蛋白质二、基因表达的调控（二、基因表达的调控（gene regulation）1、转录水平的调控、转录水平的调控2、转录后水平的调控、转录后水平的调控现在学习的是第30页，共87页三、基因表达调控的信号：三、基因表达调控的信号：原核生物原核生物 营养状况、环境因素营养状况、环境因素真核生物真核生物 激素水平、发育阶段激素水平、发育阶段环境变化环境变化基因表达基因表达调控调控适应适应细胞细胞现在学习的是第31页，共87页四、原核基因表达调控的基本类型：四、原核基因表达调控的基本类型：1、转录水平的调控、转录水平的调控 起始阶段起始阶段-主要主要 延伸阶段延伸阶段-通常不受调控通常不受调控 终止阶段终止阶段-可能受到调控可能受到调控2、翻译水平的调控、翻译水平的调控 主要发生在起始和终止阶段主要发生在起始和终止阶段现在学习的是第32页，共87页顺式作用元件与反式作用因子顺式作用元件与反式作用因子1、顺式作用元件、顺式作用元件（cis-acting element）：）：（1）不转换成任何其他形式（蛋白质、不转换成任何其他形式（蛋白质、RNA）（2）只对同一条只对同一条DNA链上的基因起调控作用，链上的基因起调控作用，即顺式作用（即顺式作用（cis-action）如：启动子、操纵元件和终止子如：启动子、操纵元件和终止子现在学习的是第33页，共87页2、反式作用因子、反式作用因子特点：特点：1、由、由调节基因编码调节基因编码 2、编码基因与其调控的靶序列不在同一个、编码基因与其调控的靶序列不在同一个DNA分子分子上：反式作用（上：反式作用（trans-action）3、与顺式作用元件结合调控基因的转录、与顺式作用元件结合调控基因的转录 现在学习的是第34页，共87页 基因转录的调节基因转录的调节反式作用因子反式作用因子顺式作用元件顺式作用元件特异的特异的相互作用相互作用现在学习的是第35页，共87页一、操纵子一、操纵子(operon)在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子。的调控，这种基因的组织形式称为操纵子。包括共转录到一条包括共转录到一条mRNA分子上的结构基因和基因转录所需的顺分子上的结构基因和基因转录所需的顺式作用元件式作用元件 多顺贩子多顺贩子现在学习的是第36页，共87页操纵子的结构操纵子结构基因：编码合成一系列功能相关的酶启动子操纵基因：能与阻遏蛋白结合调节基因：编码阻遏蛋白调节基因启动子操纵基因结构基因操纵子半乳糖苷酶透过酶乙酰基转移酶阻遏物现在学习的是第37页，共87页1 1、结构基因、结构基因 可编码可编码RNARNA或蛋白质的一段或蛋白质的一段DNADNA序列（除调节基因以序列（除调节基因以外的所有基因）。外的所有基因）。特点：特点：（1）含有）含有2个以上的基因个以上的基因（2）各结构基因串连排列，组成结构基因群）各结构基因串连排列，组成结构基因群lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI现在学习的是第38页，共87页（3）多个结构基因的）多个结构基因的DNA被转录成多顺反子被转录成多顺反子mRNA（4）每个结构基因是一个连续的开放读框）每个结构基因是一个连续的开放读框（5）至少在第一个开放读框）至少在第一个开放读框5侧具有核糖体结合位点，侧具有核糖体结合位点，核糖体识别并结合核糖体识别并结合RBS，起始翻译。，起始翻译。UAAAUGAUGUAA.3现在学习的是第39页，共87页2 2、启动子、启动子(promoter)是指能被是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段一段DNA序列。序列。（1）-10序列序列-Pribnow盒：盒：TATAAT；（2）-35bp序列：序列：TTGACA操纵子至少有一个启动子，一般在第一个结构基因操纵子至少有一个启动子，一般在第一个结构基因5上上游，控制整个结构基因群的转录游，控制整个结构基因群的转录现在学习的是第40页，共87页3、操纵、操纵基因基因（1）与启动子邻近或与启动子部分序列重叠与启动子邻近或与启动子部分序列重叠（2）具有回文结构，能形成十字形结构。）具有回文结构，能形成十字形结构。（3 3）与不同构像的蛋白质结合，可以分别起阻遏或）与不同构像的蛋白质结合，可以分别起阻遏或激活基因表达的作用激活基因表达的作用 lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI现在学习的是第41页，共87页4、终止子（、终止子（terminator）是给予是给予RNA聚合酶转录终止信号的聚合酶转录终止信号的DNA序列序列（1）不依赖）不依赖因子的终止子因子的终止子（2）依赖）依赖因子的终止子因子的终止子在一个操纵元中至少在结构基因群最后一个基因的在一个操纵元中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一个终止子后面有一个终止子 现在学习的是第42页，共87页5、调节基因（、调节基因（regulatory gene）（1）概念：）概念：其产物参与调控其他结构基因表达的基因其产物参与调控其他结构基因表达的基因lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacImRNA现在学习的是第43页，共87页（2）特点：特点：a、可在结构基因群附近、也可远离结构基因、可在结构基因群附近、也可远离结构基因 b、不仅对同一条不仅对同一条DNA链上的结构基因起作用，链上的结构基因起作用，而且能对不同而且能对不同DNA链上的结构基因起作用链上的结构基因起作用 c、有自己独立的启动子、有自己独立的启动子现在学习的是第44页，共87页（3 3）调控蛋白：）调控蛋白：a、阻遏蛋白（阻遏蛋白（repressive protein）与操纵元件结合后能减弱或阻止所调控与操纵元件结合后能减弱或阻止所调控 基因转录的调控蛋白基因转录的调控蛋白 1、有活性：诱导物，可诱导的负调控、有活性：诱导物，可诱导的负调控 2、无活性：辅阻遏物，可阻遏的负调控、无活性：辅阻遏物，可阻遏的负调控b、激活蛋白（激活蛋白（activating protein）与操纵元件结合后能增强或启动所调控基因与操纵元件结合后能增强或启动所调控基因 转录的调控蛋白转录的调控蛋白 1、有活性：辅阻遏物，可阻遏的正调控、有活性：辅阻遏物，可阻遏的正调控 2、无活性：诱导物，可诱导的正调控、无活性：诱导物，可诱导的正调控现在学习的是第45页，共87页二、转录水平调控的类型二、转录水平调控的类型正调控（正调控（positive regulation）负调控（负调控（negative regulation）inhibitorgenegeneactivator调控蛋白调控蛋白结构基因表达结构基因表达正调控正调控负调控负调控 负调控负调控：抑制基因表达的调控方式：抑制基因表达的调控方式 正调控正调控：促进基因表达的调控方式：促进基因表达的调控方式1、正调控和负调控、正调控和负调控现在学习的是第46页，共87页inducergenegene诱导诱导(induction)阻遏阻遏(repression)repressor特殊代谢物特殊代谢物结构基因表达结构基因表达诱导诱导阻遏阻遏诱导物、可诱导基因、诱导酶诱导物、可诱导基因、诱导酶辅阻遏物、可阻遏基因、可阻遏酶辅阻遏物、可阻遏基因、可阻遏酶2、特殊代谢物的调控、特殊代谢物的调控现在学习的是第47页，共87页诱导诱导:在某些代谢物或化合物的作用下，基因由在某些代谢物或化合物的作用下，基因由 原来的关闭状态转变为工作状态原来的关闭状态转变为工作状态诱导物诱导物：能引起诱导发生的分子，通常为调节酶相关能引起诱导发生的分子，通常为调节酶相关代谢途径的底物代谢途径的底物可诱导基因可诱导基因：诱导调节中被活化的基因：诱导调节中被活化的基因诱导酶诱导酶：可诱导基因表达的酶：可诱导基因表达的酶现在学习的是第48页，共87页阻遏阻遏：在某些代谢物或化合物的作用下，基因由在某些代谢物或化合物的作用下，基因由 原来的工作状态转变为关闭状态原来的工作状态转变为关闭状态辅阻遏物辅阻遏物：能导致阻遏发生的分子，通常为调节酶相关能导致阻遏发生的分子，通常为调节酶相关代谢途径的底物代谢途径的底物可阻遏基因可阻遏基因：阻遏调节中被关闭的基因：阻遏调节中被关闭的基因可阻遏酶可阻遏酶：可阻遏基因表达的酶：可阻遏基因表达的酶现在学习的是第49页，共87页 特殊代谢物调控的分子机理特殊代谢物调控的分子机理 特殊代谢物是特殊代谢物是调控蛋白的变构剂，与调控蛋白结调控蛋白的变构剂，与调控蛋白结合可使调控蛋白的空间构像发生变化，从而改变合可使调控蛋白的空间构像发生变化，从而改变其对基因转录的影响其对基因转录的影响现在学习的是第50页，共87页调控蛋白和代谢物的共同作用调控蛋白和代谢物的共同作用调控蛋白调控蛋白结构基因表达结构基因表达正调控正调控负调控负调控特殊代谢物特殊代谢物诱导诱导阻遏阻遏现在学习的是第51页，共87页3、原核生物基因转录调控的、原核生物基因转录调控的4种类型种类型（1）负控诱导系统负控诱导系统现在学习的是第52页，共87页（2）正控诱导系统）正控诱导系统现在学习的是第53页，共87页（3）负控阻遏系统）负控阻遏系统现在学习的是第54页，共87页（4）正控阻遏系统）正控阻遏系统现在学习的是第55页，共87页lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI三、乳糖操纵子三、乳糖操纵子（一）组成：（一）组成：5种元件种元件由由1个调节基因，个调节基因，3个结构基因、控制元件、个结构基因、控制元件、启动子和终止子组成。启动子和终止子组成。现在学习的是第56页，共87页1、结构基因、结构基因（1）lacZ：编码编码 半乳糖苷酶半乳糖苷酶（使乳糖水解）（使乳糖水解）（2）lacY：编码编码 半乳糖苷透过酶半乳糖苷透过酶 （使（使 半乳糖苷透过细胞壁、质膜进入细胞内）半乳糖苷透过细胞壁、质膜进入细胞内）（3）lacA：编码编码 半乳糖苷乙酰转移酶半乳糖苷乙酰转移酶 （将乙酰基转移到（将乙酰基转移到 半乳糖苷上）半乳糖苷上）2 2、启动子：、启动子：Plac：控制控制 lacZ,lacY,lacA；多顺反子的多顺反子的mRNA3、终止子、终止子现在学习的是第57页，共87页4、控制元件、控制元件 操纵基因操纵基因Olac（1）28bp的回文结构，可形成十字形结构的回文结构，可形成十字形结构（2）这种结构正好与由四个相同亚基组成的阻遏这种结构正好与由四个相同亚基组成的阻遏 蛋白相匹配。蛋白相匹配。现在学习的是第58页，共87页5、调节基因、调节基因lacI：编码编码阻遏蛋白阻遏蛋白（repressive protein）亚基）亚基有独立的启动子和终止子，形成单顺反子有独立的启动子和终止子，形成单顺反子 四聚体存在时具有活性，与四聚体存在时具有活性，与 Olac具有很强的亲和力具有很强的亲和力lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI现在学习的是第59页，共87页lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacIPlac/RNA polymeraseOlac/repressor-50-30-1010130-20-4020mRNAstartpoint（二）乳糖操纵子的负调控（二）乳糖操纵子的负调控培养基不含乳糖培养基不含乳糖 lacZ、lacY、lacA低表达低表达现在学习的是第60页，共87页（二）乳糖操纵子的负调控（二）乳糖操纵子的负调控1、操纵基因与启动子部分重叠、操纵基因与启动子部分重叠1、阻遏蛋白与操纵基因结合、阻遏蛋白与操纵基因结合2 2、阻碍了、阻碍了RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子Plac的结合的结合 3、转录不能进行、转录不能进行4、lacZ，lacY、lacA低表达低表达现在学习的是第61页，共87页lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacImRNA Inducer（异构乳糖）（异构乳糖）lactose分解分解lactose（三）乳糖操纵子与负控诱导系统（三）乳糖操纵子与负控诱导系统培养基含乳糖培养基含乳糖-lacZ 等高表达等高表达现在学习的是第62页，共87页（三）乳糖操纵子与负控诱导系统（三）乳糖操纵子与负控诱导系统1、阻遏蛋白与异构乳糖结合、阻遏蛋白与异构乳糖结合2、阻遏蛋白构象变化，不能与操纵基因特异结合，转而随机分、阻遏蛋白构象变化，不能与操纵基因特异结合，转而随机分布在布在DNA上，不是形成游离的阻遏蛋白上，不是形成游离的阻遏蛋白3、RNA聚合酶与聚合酶与lac启动子结合启动子结合4、lacZ，lacY，lacA的转录可顺利进行的转录可顺利进行现在学习的是第63页，共87页附：附：IPTG实验研究诱导作用时常使用实验研究诱导作用时常使用异丙基异丙基-D-硫代半硫代半 乳糖苷（乳糖苷（IPTG）代替乳糖代替乳糖IPTG是高效诱导物，但不是是高效诱导物，但不是半乳糖苷酶的底物半乳糖苷酶的底物安慰性诱导物安慰性诱导物(义务诱导物义务诱导物)现在学习的是第64页，共87页现象：现象：培养基中含培养基中含 葡萄糖、葡萄糖、乳糖乳糖 lacZ 等等低表达低表达 无葡萄糖、有乳糖无葡萄糖、有乳糖 lacZ 等等高表达高表达（四）葡萄糖对乳糖操纵子的影响（四）葡萄糖对乳糖操纵子的影响lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI分解代谢物阻遏作用分解代谢物阻遏作用葡萄糖效应葡萄糖效应现在学习的是第65页，共87页1、cAMP-CAP结合位点（另一调控元件）结合位点（另一调控元件）（1）位于启动子）位于启动子Plac上游，与上游，与Plac部分重叠部分重叠（2）能与）能与cAMP-CAP特异结合特异结合（3）cAMP-CAP与该位点的结合是与该位点的结合是lac mRNA合成合成起始所必须的起始所必须的Plac/RNA polymerase-50-30-1010130-20-4020-60CAP bindingOlac/repressorCRP-binding siteAANTGTGANNTNNNTCANATTNNTTNACACTNNANNNAGTNAAANNHighly conservedLess conservedtranscriptionCRP-binding siteAANTGTGANNTNNNTCANATTNNTTNACACTNNANNNAGTNAAANNHighly conservedLess conservedtranscription现在学习的是第66页，共87页CRP:细菌中一种能与细菌中一种能与cAMP特异结合的特异结合的cAMP受体蛋白（受体蛋白（cAMP receptor protein）CAP:当当CRP未与未与cAMP结合时它是没有活性的，当结合时它是没有活性的，当cAMP浓度升浓度升高时，高时，CRP与与cAMP结合并发生空间构象的变化而活化，称为结合并发生空间构象的变化而活化，称为CAP（CRP-cAMP activated protein）。）。CAP由两个相同亚基构成的二聚体：具有由两个相同亚基构成的二聚体：具有cAMP结合位点、结合位点、DNA结结合区、转录激活区合区、转录激活区glucoseCRP-cAMPCRPcAMP现在学习的是第67页，共87页3、cAMP-CRP 的作用的作用CRP-cAMP 与与cAMP-CRP结合位点结合位点结合，增强了结合，增强了RNA聚合酶与启动子的结合聚合酶与启动子的结合力，使转录效率提高力，使转录效率提高50倍。倍。CRP的结合引起的结合引起DNA链发链发生生90的弯曲的弯曲现在学习的是第68页，共87页葡萄糖水平葡萄糖水平CRP的关系的关系 CRP只有与只有与cAMP结合才有活性，而结合才有活性，而cAMP 受葡萄糖水平的控制。受葡萄糖水平的控制。葡萄糖含量高葡萄糖含量高-cAMP水平低水平低 葡萄糖含量低葡萄糖含量低-cAMP水平高水平高现在学习的是第69页，共87页（1）培养基中含葡萄糖、）培养基中含葡萄糖、乳糖乳糖-cAMP水平低水平低（2）没有）没有cAMP结合的结合的CRP没有活性没有活性（3）CRP不与不与Plac结合结合（4）RNA聚合酶不能与启动子牢固结合聚合酶不能与启动子牢固结合（5）lacZ，lacY，lacA低表达低表达葡萄糖对乳糖操纵子的影响机制（一）葡萄糖对乳糖操纵子的影响机制（一）现在学习的是第70页，共87页葡萄糖对乳糖操纵子影响机制（二）葡萄糖对乳糖操纵子影响机制（二）（1）培养基中）培养基中 无葡萄糖、无葡萄糖、有乳糖有乳糖-cAMP水平高水平高（2）cAMP与与CRP结合形成有活性的结合形成有活性的 CRP-cAMP 复合物复合物（3）CRP-cAMP 与与Plac结合结合（4）增强了）增强了RNA聚合酶与启动子的结合聚合酶与启动子的结合（5）lacZ，lacY、lacA高表达高表达现在学习的是第71页，共87页5、意义：、意义：通过这机制，细菌可优先利用环境中的葡萄糖，通过这机制，细菌可优先利用环境中的葡萄糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才去充分利只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才去充分利用乳糖。用乳糖。现在学习的是第72页，共87页四、色氨酸操纵子四、色氨酸操纵子（一）组成（一）组成1、结构基因、结构基因（1）基因）基因E、D、C、B、A（2 2）编码色氨酸合成所需要酶类）编码色氨酸合成所需要酶类（3）头尾相接串连排列组成结构基因群）头尾相接串连排列组成结构基因群（4）组成一个转录单元）组成一个转录单元（5）多顺反子）多顺反子mRNA现在学习的是第73页，共87页2 2、调节基因、调节基因trpR（1 1）位置）位置:远离远离P-结构基因群结构基因群（2 2）编码调控蛋白）编码调控蛋白R（3）R没有与操纵元件没有与操纵元件结合的活性结合的活性（4 4）当环境能提供足够浓度的色氨酸时，）当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R与色氨酸结合后构象变化而活化与色氨酸结合后构象变化而活化（5）R与与特异性结合，抑制结构基因特异性结合，抑制结构基因的转录的转录现在学习的是第74页，共87页3 3、操纵基因、操纵基因（1）18bp的回文结构的回文结构（2）与色氨酸启动子）与色氨酸启动子Ptrp序列在序列在21 and+3 碱基之间重叠碱基之间重叠（3 3）与）与Trp-R特异性结合，阻遏结构基因的转录特异性结合，阻遏结构基因的转录现在学习的是第75页，共87页现象：现象：培养基中培养基中Trp 浓度较低时浓度较低时-基因基因E、D、C、B、A高表达高表达 Trp 浓度较高时浓度较高时-基因基因E、D、C、B、A低表达低表达（二）色氨酸操纵子与转录调控（二）色氨酸操纵子与转录调控现在学习的是第76页，共87页1、Trp操纵子与负控阻遏系统（一）操纵子与负控阻遏系统（一）（1）培养基中）培养基中Trp 浓度较低浓度较低（2 2）调控蛋白）调控蛋白R不能被活化不能被活化（3）未活化的）未活化的调控蛋白调控蛋白R不能与操纵元件结合不能与操纵元件结合（4）基因）基因E、D、C、B、A高表达高表达现在学习的是第77页，共87页2、Trp操纵子与负控阻遏系统（二）操纵子与负控阻遏系统（二）（1）培养基中）培养基中Trp 浓度较高浓度较高（2 2）调控蛋白）调控蛋白R与与Trp结合：结合：Trp为辅阻遏物为辅阻遏物（3）Trp-R复合物与操纵子结合复合物与操纵子结合（4）基因）基因E、D、C、B、A低表达：反馈阻遏低表达：反馈阻遏现在学习的是第78页，共87页（三）色氨酸操纵子总结：可阻遏的负调控（三）色氨酸操纵子总结：可阻遏的负调控1、通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为辅阻遏物）、通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为辅阻遏物）作用时则阻遏关闭转录。作用时则阻遏关闭转录。2、负性调控的、可阻遏的操纵子、负性调控的、可阻遏的操纵子3、色氨酸可以作为共阻抑物起作用，并通过终产物抑、色氨酸可以作为共阻抑物起作用，并通过终产物抑制自身的合成（负反馈调节）。制自身的合成（负反馈调节）。4、细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类、细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。的状态。现在学习的是第79页，共87页五、转录终止的调控五、转录终止的调控五、转录终止的调控五、转录终止的调控衰减子（衰减子（Attenuator）位于转录起始部位的位于转录起始部位的终止子终止子G-C区区poly(U)E D C B APromoter Operator Leader Attenuator RNA*Trp Trp*现在学习的是第80页，共87页（一）衰减子（一）衰减子（attenuator）1、位置：在、位置：在trpE起始密码子上游，前导序列的末端。起始密码子上游，前导序列的末端。2、特点：、特点：（1）是一个不依赖）是一个不依赖因子的因子的终终止子区域止子区域（2）在富含在富含GC的回文的回文结结构之后是构之后是8个个连续连续的的U残基残基（3）在在RNA转录转录物中物中可能可能形成形成发夹结发夹结构构3、作用：作用：衰减作用（阻碍结构基因转录）衰减作用（阻碍结构基因转录）现在学习的是第81页，共87页1、在前导序列的后半段含有、在前导序列的后半段含有3对反向重复序列，在被转录生成对反向重复序列，在被转录生成mRNA时能形成两种形式的发夹结构时能形成两种形式的发夹结构 1-2、3-4配对：配对：3与与4-衰减子（终止子）衰减子（终止子）发夹结构发夹结构 2-3配对：不形成终止子配对：不形成终止子（二）前导序列（二）前导序列（leading sequence）G-C区区poly(U)4AB现在学习的是第82页，共87页2、前导、前导